Detail předmětu

Návrh počítačových systémů

FIT-INPAk. rok: 2021/2022

Princip činnosti a konstrukce procesoru. Koncepce počítačů von Neumannova typu. Zobrazení a kódování informace v počítači. Instrukce, jejich formáty a kódování, způsoby adresování, architektura instrukčního souboru. Modelování algoritmů a subsystémů počítače ve VHDL. Řetězené zpracování instrukcí. Aritmetické a logické operace. Řadič: základní funkce, obvodová a mikroprogramová realizace. Paměti: typy, organizace, řízení. Hierarchie pamětí, rychlá vyrovnávací paměť. Periferní jednotky, sběrnice a jejich řízení. Měření výkonnosti. Spolehlivost výpočetních systémů. Úvod do moderních procesorů a paralelních architektur.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Studenti jsou schopni popsat činnost jednotlivých operačních, paměťových a řídicích podsystémů počítače a jejich vzájemnou komunikaci. Ovládají jazyk VHDL.
Pochopení vývojových trendů a možností výpočetní techniky.

Korekvizity

Booleova algebra, základy teorie elektrických obvodů, základní stavební prvky počítačů, návrh kombinačních a sekvenčních obvodů.

Způsob a kritéria hodnocení

Závěrečná zkouška, půlsemestrální zkouška a vypracování projektů v předepsaných termínech.

Učební cíle

Seznámit studenty s výstavbou a činností (jednojádrového) procesoru, zejména s jednotlivými operačními, paměťovými a řídicími podsystémy, s algoritmy základních operací v pevné a pohyblivé řádové čárce, komunikací mezi jednotlivými podsystémy a začleněním procesoru do paralelního výpočetního systému.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na přednáškách a demonstračních cvičeních v tomto předmětu není kontrolována. Znalosti studentů jsou ověřovány vypracováním projektů, půlsemestrální a závěrečnou zkouškou. Pro získání bodů ze zkoušky je nutné zkoušku vypracovat tak, aby byla hodnocena nejméně 20 body. V opačném případě bude zkouška hodnocena 0 body. V případě nahlášené překážky ve smyslu čl. 55 Studijního a zkušebního řádu VUT stanoví garant (na písemnou žádost studenta) způsob náhrady zmeškané aktivity.

Prerekvizity a korekvizity

Základní literatura

Drábek V.: Výstavba počítačů, skripta VUT v Brně, PC-DIR, Brno, 1995. (CS)
Hamacher, C., Vranesic, Z., Zaky, S., N. Manjikian: Computer Organization and Embedded Systems, 6th edition, McGraw Hill, 2012, ISBN-13: 978-0-07-338065-0
Hennessy J. L., Patterson D. A.: Computer Architecture: A Quantitative Approach, 2nd edition, Morgan Kaufmann Publ., 1996, and new editions, e.g. the 5th ed. from 2012.

Doporučená literatura

Pinker J., Poupa M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN - technická literatura, Praha, 2006. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BIT bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D.
doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

  • Úvod, princip činnosti procesoru.
  • Instrukční soubory, registrové struktury.
  • Procesory s řetězeným zpracováním instrukcí.
  • Reprezentace dat.
  • Algoritmy operací v pevné řádové čárce.
  • Algoritmy operací v pohyblivé řádové čárce, iterační algoritmy.
  • Řadiče.
  • Paměti.
  • Rychlá vyrovnávací paměť.
  • Sběrnice, připojování a ovládání periferií.
  • Výkonnost počítačů a měření výkonnosti.
  • Spolehlivost výpočetních systémů.
  • Úvod do paralelních architektur.

Cvičení odborného základu

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.
doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.
Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.

Osnova

  • VHDL - úvod
  • VHDL - syntetizovatelný kód
  • FPGA
  • Procesor ve VHDL
  • Huffmanův a Hammingův kód
  • Kód zbytkových tříd, sčítačky
  • Násobičky
  • Dělení
  • Iterační algoritmy
  • Výkonnost, spolehlivost
  • Paralelní architektury

Projekt

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.

Osnova

  • V průběhu semestru budou zadány 2 projekty (za 23 a 10 bodů).